CN102741682A - 多色成像系统和方法 - Google Patents

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Abstract

对产品流(F)中的产品进行成像的方法及其成像系统，该系统包括：用于利用在第一和第二不同波长或不同波长范围内的照明对所述产品流中的产品进行照明的照明单元；用于检测从所述产品流中的产品反射的照明的检测器单元(15)，其中，所述检测器单元包括第一和第二线阵列检测器，所述线阵列检测器(17a,17b)各包括多个像素元并且延伸成所述线跨越所述产品流的宽度，而一线在另一线的下游，由此，经过了第一线阵列检测器的像素元的产品经过第二线阵列检测器的对应的像素元；用于触发所述第一和第二照明源按照与所述产品流的流动速率相对应的扫描速率进行顺序闪光的控制单元；和图像处理单元，用于连续读取所述第一和第二线阵列检测器的像素线并且在各照明波长或照明波长范围内构建所述产品的图像。

Description

多色成像系统和方法
技术领域
本发明涉及一种对产品流中的产品进行多色（multi-chromatic）成像的方法和多色成像系统，特别是在将例如食物和塑料部件比如塑料小球（pellet）以流（flow）的形式进行大量存储时。
背景技术
多色成像相比于单色成像提供用于产品的改进检测，因它提供基于多于一种特征的产品的特征化。另外，运用色反射（chromatic reflection）的强度（intensity）的比率的多色成像优于运用单一测得强度的单色成像，因它较少受入射角度的影响，特别是关于边缘。
对产品流中的产品进行多色成像的成像系统已存在。一种这类成像系统在US-A-2009/0079970中公开，它利用单个光电检测器提供用于多波长的检测。
发明内容
本发明的目的是，提供一种利用多个线阵列检测器优选以更低成本进行产品的多色成像的方法和多色成像系统。
在本发明的一个方面中，提供一种用于对产品流中的产品进行成像的成像系统，该系统包括：用于利用在第一和第二不同波长或不同波长范围内的照明对所述产品流中的产品进行照明的照明单元；用于检测从所述产品流中的产品反射的照明的检测器单元，其中，所述检测器单元包括第一和第二线阵列检测器，所述线阵列检测器各包括多个像素元并且延伸成所述线跨越所述产品流的宽度，而一线在另一线的下游，由此，经过了第一线阵列检测器的像素元的产品经过第二线阵列检测器的对应的像素元；用于触发所述第一和第二照明源按照与所述产品流的流动速率相对应的扫描速率进行顺序闪光的控制单元；和图像处理单元，用于连续读取所述第一和第二线阵列检测器的像素线并且在各照明波长或照明波长范围内构建所述产品的图像。
在本发明的另外一个方面中，提供一种用于对产品流中的产品进行成像的成像系统，该系统包括：用于利用在第一和第二不同波长或不同波长范围内的照明对所述产品流中的产品进行照明的照明单元；用于检测从所述产品流中的产品反射的照明的检测器单元，其中，所述检测器单元包括第一和第二线阵列检测器，所述线阵列检测器各包括多个像素元并且延伸成所述线跨越所述产品流的宽度，而一线在另一线的下游，由此，经过了第一线阵列检测器的像素元的产品经过第二线阵列检测器的对应的像素元；用于触发所述第一和第二照明源按照与所述产品流的流动速率相对应的扫描速率进行顺序闪光的控制单元；和图像处理单元，用于连续读取所述第一和第二线阵列检测器的像素线以在各照明波长或照明波长范围内提供用于所述产品的特征化。
在本发明的又一方面中，提供一种对产品流中的产品进行成像的方法，该方法包括以下步骤：利用在第一和第二不同波长或不同波长范围内的照明、按照与所述产品流的流动速率相对应的扫描速率、对所述产品流中的产品进行顺序照明；检测从所述产品流中的产品反射的照明，其中，所述反射的照明由第一和第二线阵列检测器检测，所述线阵列检测器各包括多个像素元并且延伸成所述线跨越所述产品流的宽度，而一线在另一线的下游，由此，经过了第一线阵列检测器的像素元的产品经过第二线阵列检测器的对应的像素元；和连续读取所述第一和第二线阵列检测器的像素线并且在各照明波长或照明波长范围内构建所述产品的图像。
在本发明的再一方面中，提供一种对产品流中的产品进行成像的方法，该方法包括以下步骤：利用在第一和第二不同波长或不同波长范围内的照明、按照与所述产品流的流动速率相对应的扫描速率、对所述产品流中的产品进行顺序照明；检测从所述产品流中的产品反射的照明，其中，所述反射的照明由第一和第二线阵列检测器检测，所述线阵列检测器各包括多个像素元并且延伸成所述线跨越所述产品流的宽度，而一线在另一线的下游，由此，经过了第一线阵列检测器的像素元的产品经过第二线阵列检测器的对应的像素元；和连续读取所述第一和第二线阵列检测器的像素线以在各照明波长或照明波长范围内提供用于所述产品的特征化。
在优选实施例中，采用了经由单个透镜接收反射的辐射的多个非过滤式线阵列检测器。
附图说明
现在下文中将参考附图仅以示例的方式描述本发明优选实施例，在附图中：
图1示意地表示根据本发明第一实施例的双色成像系统；
图2（a）示出在第一成像阶段中的图1的成像系统，其中利用在第一波长的照明对该产品进行照明；
图2（b）示出在第二成像阶段中的图1的成像系统，其中利用在第二不同波长的照明对该产品进行照明；
图3示意地示出产品流中经过图1的成像系统的第一和第二线阵列检测器的产品；
图4（a）至图4（d）示出当产品流中的产品经过图1的成像系统的第一和第二线阵列检测器时的连续扫描时段（扫描时段1-4）；
图5示意地表示对于图4（a）至图4（d）的扫描时段（扫描时段1-4）的图像的积累顺序；和
图6示意地表示根据本发明第二实施例的三色成像系统。
具体实施方式
所述成像系统包括用于利用在第一和第二不同波长或不同波长范围内的照明、对产品流F中的产品P进行照明的第一前景照明单元3，在此实施例中为长形单元。
在此实施例中，该前景照明单元3包括用于分别提供在第一和第二不同波长或不同波长范围内的照明的第一和第二照明源5a，5b，此处为长形照明源。如下文将详细描述的，该第一和第二照明源5a，5b被顺序触发以按照扫描速率进行闪光。
在此实施例中，该照明源5a，5b包括半导体照明源，此处为配置成行的LED。
所述第一和第二波长可以是由待检测产品P的特征所确定的那些波长或波长的波普，例如具有不同颜色的那些波长比如红光和绿光。
所述成像系统还包括用于利用参照背景照明对产品流F进行照明的第二背景照明单元11。
在此实施例中，该背景照明单元11提供在固定波长或波长范围内的背景照明。
在替代实施例中，背景照明单元11可包括用于提供在第一和第二不同波长或不同波长范围内的背景照明的第一和第二背景照明源，而所述第一和第二背景照明源被顺序触发以按照所述扫描速率进行闪光。利用此构造，所述背景照明可在空间度（intensity space）上关于所述前景检测照明而运动，这在一些情形下可提供用于改进的检测。
该成像系统还包括用于检测从产品流F中的产品P反射的照明的检测器单元15，在此实施例中包括第一和第二线阵列检测器17a，17b。
在此实施例中，该线阵列检测器17a，17b各包括多个像素元并且延伸跨越产品流F的宽度。
该第一和第二线阵列检测器17a，17b布置成一个在另一个的下游并且配置成延伸跨越产品流F的线L1，L2，由此，经过了第一线阵列检测器17a的像素元的产品P经过第二线阵列检测器17b的对应的像素元。
在此实施例中，该第一和第二线阵列检测器17a，17b是并置的。
在替代实施例中，第一和第二线阵列检测器17a，17b可以是隔开的。
在此实施例中，第一和第二线阵列检测器17a，17b包括提供用于UV、可见光和红外（IR）检测的线性CCD阵列检测器。
在此实施例中，第一和第二线阵列检测器17a，17b是经由单个共用透镜接收反射的辐射的非过滤式线阵列检测器。
在替代实施例中，第一和第二线阵列检测器17a，17b两者或之一可包括提供用于红外（IR）和更长波长检测的InGaAs阵列检测器。
所述成像系统还包括控制单元21，该控制单元21用于触发第一和第二照明源5a，5b按照与所述产品流F的流动速率相对应的扫描速率即按照从第一线阵列检测器17a的中心到第二线阵列检测器17b的中心产品P经过所用的时间间隔进行顺序闪光，由此，当产品P位于邻近第一线阵列检测器17a时第一照明源5a闪光，并且当该产品P位于邻近第二线阵列检测器17b时第二照明源5b闪光。
在此实施例中，控制单元21运行来通过检测从第一线阵列检测器17a到第二线阵列检测器17b产品P经过所用的时间段从而确定产品流F的流动速率，并且相应地设定所述扫描速率。通过主动检测产品流F的流动速率，可实现产品P关于照明源5a，5b的闪光而对第一和第二线阵列检测器17a，17b的改进的配准。
在替代实施例中，可采用独立的速度传感器来确定产品流F的流动速率，而所述扫描速率得以相应地设定。
在另外一个实施例中，所述扫描速率可以是基于产品流F的流动速率的先前确定而预设定的。
所述成像系统还包括图像处理单元25，该图像处理单元25用于连续读取所述第一和第二线阵列检测器17a，17b的像素线并且提供在各照明波长的完整图像。
图3示意地示出产品流F中经过第一和第二线阵列检测器17a，17b的产品P，此处为非规则形状，该产品P以像素元A-I表示。
图4（a）至图4（d）示出当产品流F中的产品P经过第一和第二线阵列检测器17a，17b时的连续扫描时段（扫描时段1-4），而该连续扫描的照明在第一和第二波长或波长范围之间切换，此处以颜色A和B为示例。
图5示意地表示对于图4（a）至图4（d）的扫描时段（扫描时段1-4）的图像的积累顺序。
在此实施例中，针对各照明波长或波长范围，第一和第二线阵列检测器17a，17b的像素线L1，L2组合来提供单个完整波长图像，即针对第一波长照明的图像包括重复的L1，L2，L1，...，以及针对第二波长照明的图像包括重复的L2，L1，L2，...。
最后，应理解，本发明已就它的优选实施例进行了描述，并且在不背离如随附权利要求所确定的本发明范围的情况下可以多种方式进行变型。
例如，在一个替代实施例中，前景照明单元3可包括选择性地提供在第一和第二不同波长的照明的单个照明源5，此处为长形照明源。在此实施例中，照明源5可包括半导体照明源，此处为配置成行的多波长LED。
在另外一种变型中，如图6所示，该成像系统可提供用于三色成像或n色成像，其中n大于3。在此三色实施例中，照明单元3包括用于提供在三种不同波长或波长范围内的照明的三个照明源5a，5b，5c，并且检测器单元15包括配置成跨越产品流F的宽度的三条相邻线L1，L2，L3的三个线阵列检测器17a，17b，17c。在此实施例中，针对各照明波长或波长范围，第一、第二和第三线阵列检测器17a，17b，17c的像素线L1，L2，L3组合来提供单个完整波长图像，即针对第一波长照明的图像包括重复的L1，L2，L3，L1，...，针对第二波长照明的图像包括重复的L2，L1，L2，L3，...，以及针对第三波长照明的图像包括重复的L3，L1，L2，L3，...。

Claims (47)

1.一种用于对产品流中的产品进行成像的成像系统，该系统包括：
用于利用在第一和第二不同波长或不同波长范围内的照明对所述产品流中的产品进行照明的照明单元；
用于检测从所述产品流中的产品反射的照明的检测器单元，其中，所述检测器单元包括第一和第二线阵列检测器，所述线阵列检测器各包括多个像素元并且延伸成所述线跨越所述产品流的宽度，而一线在另一线的下游，由此，经过了第一线阵列检测器的像素元的产品经过第二线阵列检测器的对应的像素元；
用于触发所述第一和第二照明源按照与所述产品流的流动速率相对应的扫描速率进行顺序闪光的控制单元；和
图像处理单元，用于连续读取所述第一和第二线阵列检测器的像素线并且在各照明波长或照明波长范围内构建所述产品的图像。
2.如权利要求1所述的成像系统，其中，所述照明单元是长形单元。
3.如权利要求1或2所述的成像系统，其中，所述照明单元包括用于分别提供在第一和第二不同波长或不同波长范围内的照明的第一和第二照明源。
4.如权利要求3所述的成像系统，其中，所述照明源包括半导体照明源。
5.如权利要求4所述的成像系统，其中，所述照明源包括配置成行的LED。
6.如权利要求1至5的任一项所述的成像系统，其中，还包括：
用于利用参照背景照明对所述产品流进行照明的另一照明单元。
7.如权利要求6所述的成像系统，其中，所述另一照明单元提供在固定波长或波长范围内的背景照明。
8.如权利要求6所述的成像系统，其中，所述另一照明单元包括第一和第二照明源用于提供在第一和第二不同波长或不同波长范围内的背景照明，而所述第一和第二背景照明源由所述控制单元顺序触发来按照所述扫描速率进行闪光。
9.如权利要求1至8的任一项所述的成像系统，其中，所述第一和第二线阵列检测器是并置的。
10.如权利要求1至8的任一项所述的成像系统，其中，所述第一和第二线阵列检测器是隔开的。
11.如权利要求1至10的任一项所述的成像系统，其中，所述第一和第二线阵列检测器是非过滤式线阵列检测器。
12.如权利要求11所述的成像系统，其中，所述第一和第二线阵列检测器经由单个共用透镜接收反射的辐射。
13.如权利要求1至12的任一项所述的成像系统，其中，所述第一和第二线阵列检测器的至少一个包括线性CCD阵列检测器。
14.如权利要求1至13的任一项所述的成像系统，其中，所述第一和第二线阵列检测器的至少一个包括InGaAs阵列检测器。
15.如权利要求1至14的任一项所述的成像系统，其中，所述照明波长的至少之一提供用于UV检测。
16.如权利要求1至15的任一项所述的成像系统，其中，所述照明波长的至少之一提供用于可见光检测。
17.如权利要求1至16的任一项所述的成像系统，其中，所述照明波长的至少之一提供用于红外（IR）检测。
18.如权利要求1至17的任一项所述的成像系统，其中，所述控制单元运行来通过检测从第一线阵列检测器到第二线阵列检测器产品经过所用的时间段从而确定所述产品流的流动速率，并且相应地设定所述扫描速率。
19.如权利要求1至17的任一项所述的成像系统，其中，所述控制单元包括用于确定所述产品流的流动速率的速度传感器，并且运行来相应地设定所述扫描速率。
20.如权利要求1至17的任一项所述的成像系统，其中，所述扫描速率是基于所述产品流的流动速率的先前确定而预设定的。
21.如权利要求1至20的任一项所述的成像系统，其中，所述成像单元运行来基于对所述第一和第二不同波长或不同波长范围的色反射的强度的比率而将产品特征化。
22.如权利要求1至21的任一项所述的成像系统，其中，所述照明单元包括用于提供在三种不同波长或不同波长范围内的照明的第一、第二和第三照明源，所述检测器单元包括配置成跨越所述产品流的宽度的三条相邻线的第一、第二和第三线阵列检测器，所述控制单元按照扫描速率顺序触发所述第一、第二和第三照明源，以及所述成像单元连续读取所述第一、第二和第三线阵列检测器的像素线并且在各照明波长或照明波长范围内构建所述产品的图像。
23.一种用于对产品流中的产品进行成像的成像系统，该系统包括：
用于利用在第一和第二不同波长或不同波长范围内的照明对所述产品流中的产品进行照明的照明单元；
用于检测从所述产品流中的产品反射的照明的检测器单元，其中，所述检测器单元包括第一和第二线阵列检测器，所述线阵列检测器各包括多个像素元并且延伸成所述线跨越所述产品流的宽度，而一线在另一线的下游，由此，经过了第一线阵列检测器的像素元的产品经过第二线阵列检测器的对应的像素元；
用于触发所述第一和第二照明源按照与所述产品流的流动速率相对应的扫描速率进行顺序闪光的控制单元；和
图像处理单元,用于连续读取所述第一和第二线阵列检测器的像素线以在各照明波长或照明波长范围内提供用于所述产品的特征化。
24.一种对产品流中的产品进行成像的方法，所述方法包括以下步骤：
利用在第一和第二不同波长或不同波长范围内的照明、按照与所述产品流的流动速率相对应的扫描速率、对所述产品流中的产品进行顺序照明；
检测从所述产品流中的产品反射的照明，其中，所述反射的照明由第一和第二线阵列检测器检测，所述线阵列检测器各包括多个像素元并且延伸成所述线跨越所述产品流的宽度，而一线在另一线的下游，由此，经过了第一线阵列检测器的像素元的产品经过第二线阵列检测器的对应的像素元；和
连续读取所述第一和第二线阵列检测器的像素线并且在各照明波长或照明波长范围内构建所述产品的图像。
25.如权利要求24所述的方法，其中，所述照明是长形照明。
26.如权利要求24或25所述的方法，其中，所述在不同波长或不同波长范围内的照明由半导体照明源提供。
27.如权利要求26所述的方法，其中，所述照明源包括配置成行的LED。
28.如权利要求24至27的任一项所述的方法，其中，还包括以下步骤：利用另一参照背景照明对所述产品流进行照明。
29.如权利要求28所述的方法，其中，所述背景照明设置在固定波长或波长范围内。
30.如权利要求28所述的方法，其中，所述背景照明步骤包括以下步骤：
利用在第一和第二不同波长或不同波长范围内的另一参照背景照明顺序地按照所述扫描速率对所述产品流进行照明。
31.如权利要求24至30的任一项所述的方法，其中，所述线阵列检测器是并置的。
32.如权利要求24至30的任一项所述的方法，其中，所述线阵列检测器是隔开的。
33.如权利要求24至32的任一项所述的方法，其中，所述线阵列检测器是非过滤式线阵列检测器。
34.如权利要求33所述的方法，其中，所述线阵列检测器经由单个共用透镜接收反射的辐射。
35.如权利要求24至34的任一项所述的方法，其中，所述线阵列检测器的至少一个包括线性CCD阵列检测器。
36.如权利要求24至34的任一项所述的方法，其中，所述线阵列检测器的至少一个包括InGaAs阵列检测器。
37.如权利要求24至36的任一项所述的方法，其中，所述照明波长的至少之一提供用于UV检测。
38.如权利要求24至37的任一项所述的方法，其中，所述照明波长的至少之一提供用于可见光检测。
39.如权利要求24至38的任一项所述的方法，其中，所述照明波长的至少之一提供用于红外（IR）检测。
40.如权利要求24至39的任一项所述的方法，其中，还包括以下步骤：
通过检测产品经过所述线阵列检测器之间所用的时间段从而确定所述产品流的流动速率；和根据所确定的流动速率设定所述扫描速率。
41.如权利要求24至39的任一项所述的方法，其中，还包括以下步骤：
利用速度传感器确定所述产品流的流动速率；和
根据所确定的流动速率设定所述扫描速率。
42.如权利要求24至39的任一项所述的方法，其中，所述扫描速率是基于所述产品流的流动速率的先前确定而预设定的。
43.如权利要求24至42的任一项所述的方法，其中，还包括以下步骤：基于对所述第一和第二不同波长或不同波长范围的色反射的强度的比率而将产品特征化。
44.如权利要求24至43的任一项所述的方法，其中，对所述产品流中的产品进行照明的所述步骤包括以下步骤：
利用在第一、第二和第三不同波长或不同波长范围内的照明、按照与所述产品流的流动速率相对应的扫描速率、对所述产品流中的产品进行顺序照明；
其中，检测反射的照明的所述步骤包括以下步骤：
检测从所述产品流中的产品反射的照明，其中，所述反射的照明由第一、第二和第三线阵列检测器检测，所述线阵列检测器各包括多个像素元并且延伸成所述线跨越所述产品流的宽度，而一线在另一线的下游，由此，经过了第一线阵列检测器的像素元的产品经过第二线阵列检测器的对应的像素元和第三线阵列检测器的对应的像素元；并且
其中，连续读取所述像素线的所述步骤包括以下步骤：
连续读取所述第一、第二和第三线阵列检测器的像素线以提供用于在各照明波长或照明波长范围内构建所述产品的图像。
45.一种对产品流中的产品进行成像的方法，所述方法包括以下步骤：
利用在第一和第二不同波长或不同波长范围内的照明按照与所述产品流的流动速率相对应的扫描速率对所述产品流中的产品进行顺序照明；
检测从所述产品流中的产品反射的照明，其中，所述反射的照明由第一和第二线阵列检测器检测，所述线阵列检测器各包括多个像素元并且延伸成所述线跨越所述产品流的宽度，而一线在另一线的下游，由此，经过了第一线阵列检测器的像素元的产品经过第二线阵列检测器的对应的像素元；和
连续读取所述第一和第二线阵列检测器的像素线以在各照明波长或照明波长范围内提供用于所述产品的特征化。
46.一种参考附图大致如前所述的、用于对产品流中的产品进行成像的成像系统。
47.一种参考附图大致如前所述的、对产品流中的产品进行成像的方法。
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